Arquitectura de Sistemas Paralelos e Distribuídos Comunicação Multicast

Transcrição

1 Comunicação Multicast MSc. Eugénio Alberto Macumbe Bach. José Tomás Matsimbe

2 A comunicação de uma rede comutada é feita de três formas: unicast, multicast e broadcast: Unicast: Comunicação na qual um quadro é enviado de um host e endereçado a um destino específico. Na transmissão unicast, há apenas um remetente e um receptor. A transmissão unicast é a forma predominante de transmissão em redes locais e na Internet. Entre os exemplos de protocolos que usam transmissões unicast estão HTTP, SMTP, FTP e Telnet.

3 Comunicação Multicast Multicast: Comunicação na qual um quadro é enviado para um grupo específico de dispositivos ou clientes. Os clientes da transmissão multicast devem ser membros de um grupo multicast lógico para receber as informações. Um exemplo de transmissão multicast é a transmissão de vídeo e de voz associada a uma reunião de negócios colaborativa, com base em rede.

4 Broadcast: Comunicação na qual um quadro é enviado de um endereço para todos os outros endereços. Nesse caso, há apenas um remetente, mas as informações são enviadas para todos os receptores conectados. A transmissão de broadcast é essencial durante o envio da mesma mensagem para todos os dispositivos na rede local. Um exemplo de transmissão de broadcast é a consulta de resolução de endereço que o protocolo de resolução de endereços (ARP - Address Resolution Protocol) envia para todos os computadores em uma rede local.

5 Comunicação em Grupos Comunicação em RPC envolve somente dois processos, gerando problemas quando se quer enviar mensagens para mais de um servidor. Em comunicação de grupos, com uma única operação pode-se enviar uma mensagem á vários destinos. Permitem que processos em um grupo sejam tratados como uma única abstração.

6 Comunicação em Grupos O que é um grupo? Um conjunto de processos que cooperam entre si para prover um serviço; Uma entidade abstrata que nomeia um conjunto de processos; Comunicação de grupos coordena a troca de mensagens entre os membros do grupo e dos processos externos com o grupo

7 Comunicação em Grupos Aplicações de comunicação em grupos Servidores altamente disponíveis e confiáveis Replicação de bancos de dados Conferências multimídia Jogos distribuídos Aplicações que em geral necessitem de uma alta taxa de disponibilidade, confiabilidade, tolerência a falhas Comunicação pode ser implementada usando-se multicast, broadcast ou unicast

8 Comunicação em Grupos Comunicação pode ser implementada usando-se Multicast Pacotes são enviados de uma só vez para todos os processos de um grupo. Broadcast Pacotes são enviados para todas as máquinas e somente os processos que fazem parte do grupo não os descartam. Unicast Transmissão ponto-a-ponto, processo tem que enviar mensagem para cada membro do grupo.

9 Tipos de Grupos Grupos fechados X grupos abertos Nos grupos fechados, somente membros do grupo podem mandar mensagens para os outros membros; Nos grupos abertos, qualquer processo pode enviar uma mensagem ao grupo; Grupos fechados são geralmente usados para execução em paralelo, enquanto que os abertos são usado em servidores replicados.

10 Organização dos Grupos Grupos Pares Todos os processos são tratados como iguais (pares) Decisões são tomadas coletivamente Grupos hierárquicos Um processo é o coordenador e os outros são subordinados a ele.

11 Manutenção de Grupos Manutenção dos grupos pode ser feita: de maneira centralizada, através de um servidor de grupos ou distribuída, com um processo anunciando a todos os membros de um grupo que ele está se filiando ao mesmo Inclui criação e destruição de grupos, inscrição e retirada de processos, provê detecção de falhas e notifica alterações aos membros do grupo. Obs: Até grupos fechados tem de ser abertos no caso de mensagens para inscrição no grupo.

12 Outros Aspectos em Comunicação em Grupos Atomicidade Mensagem chega para todos os membros do grupo ou para nenhum, difícil de implementar; Ordenação de mensagens: Desordenadas Ordenação global Entrega todas as mensagens exatamente na ordem em que foram criadas Ordenação consistente Sistema decide qual mensagem precede outra quando são enviadas quase ao mesmo tempo e entrega as mensagens nesta ordem.

13 A Difusão Selectiva (Multicast) é um mecanismo de transferência de dados dum Originador para um grupo de máquinas na rede para comunicação multiponto para multiponto. Este grupo de máquinas tem que se juntar explcitamente ao grupo para receber a informação. Cada grupo é identificado por um endereço IP Classe D. O G Multicast Unicast G R 2 G R 2 G E 2 R 4 R 3 R 1 G R G 1 E 1 G R 1 G R 2 G G R G 2 E 1 Encaminhador Membro do Grupo Não Membro

14 Vantagens do Multicast Maior eficiência: Controla o tráfego de rede e reduz a carga dos servidores Desempenho Optimizado: Elimina tráfego redundante Aplicações Distribuídas: Torna as aplicações multi-ponto possíveis Multicast Unicast 0.8 Tráfego Mbps 0.2 Exemplo: Audio Streaming todos clientes recebem 8 Kbps audio # Clientes

15 Endereçamento Endereços de Grupo no IP Multicast Espaço de endereçamento para Classe D Bits mais significativos do 1ºOcteto= 1110 Endereços reservados para ligação local Transmitidos com TTL = 1 Exemplos: Todos sistemas nesta subrede Todos encaminhadores nesta subrede Encaminhares DVMRP Encaminhadores OSPF Encaminhadores PIMv2

16 Endereçamento Endereços de utilização limitada administrativamente Espaço de endereçamento privado (intranets) Semelhante aos endereços reservados unicast (RFC1918) Não são usados para tráfego global à escala da Internet São usados para limitar o âmbito do tráfego de difusão Os mesmos endereços podem ser usados em diferentes locais para sessões diferentes Exemplos: Âmbito local (Site): /16 Âmbito Organizacional: /14

17 Endereçamento Correspondência IP Multicast para Endereços de Difusão na Rede Física (FDDI e Ethernet) 5 Bits Perdidos Bits 28 Bits e-7f Bits 23 Bits 48 Bits

18 Correspondência IP Multicast para Endereços de Difusão na Rede Física (FDDI e Ethernet) 32 - Endereços de Difusão IP Endereço MAC (FDDI e Ethernet) 0x0100.5E

19 Alocação dinâmica de endereços de difusão: No passado tem-se conseguido usando a aplicação SDR Sessões/grupos são anunciados usando endereços de difusão bem conhecidos As colisões na escolha de endereços de difusão são detectadas e resolvidas no momento em é criado o anúncio da sessão.. Sofre de problemas de escala Para o futuro, estão em vista novas técnicas de alocação: Multicast Address Set-Claim (MASC) Esquema de alocação hierárquica (por AS) com negociação Problema de libertação do espaço de endereçamento MADCAP Semelhante ao DHCP Precisa de suporte aplicacional e de inclusão na pilha protocolar dos hosts

20 Alocação estática de endereços de difusão Um método temporário para suprir as actuais necessidades Espaço reservado: O número do Sistema Autónomo (AS) é inserido nos dois bytes do meio O byte menos significativo fica disponível para uso Definido num Internet Draft (GLOP) draft-ietf-mboned-glop-addressing-00.txt

21 Sinalização hosts-routers: IGMP Hosts dizem aos encaminhadores a que grupos pertencem Encaminhadores solicitam aos hosts informação sobre a sua inclusão em grupos Normas do Internet Group MultiCast Protocol RFC 1112 especifica IGMPv1 Suportado no Windows 95 RFC 2236 especifica IGMPv2 Suportado na maioria dos Windows e Unixs (Linux) Um IETF draft especifica IGMPv3

22 Junção a Grupo Sinalização hosts-routers: IGMP H1 H H3 Report Host envia Relatório IGMP para se juntar a um grupo

23 Manutenção do Grupo Sinalização hosts-routers: IGMP X Suprimido H H H3 X Report Suprimido Query O Encaminhador envia interrogações periódicas Recebe um relatório por cada grupo e por cada rede Os outros membros suprimem o relatório

24 Sinalização hosts-routers: IGMP Abandonar o Grupo (IGMPv1) H1 H2 H3 #1 Query #2 O host deixa o grupo silenciosamente O router envia 3 interrogações espaçadas de 60 seg (1 min) Não recebe qualquer resposta O grupo espira ( ~= 3 minutos)

25 Sinalização hosts-routers: IGMP Abandono de Grupo (IGMPv2) H1 H H3 #1 Leave to Group Specific Query to #2 Host envia mensagem de abandono para Router envia interrogação para Não recebe resposta em 3 segundos O grupo expira